JP5977531B2 - Method for manufacturing friction modifier - Google Patents
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Description
本発明は、自動車、鉄道車両、産業機械などに用いられるブレーキ用摩擦材及びクラッチフェーシングに関するものであり、特に摩擦材に配合される摩擦調整材に関する。 The present invention relates to a brake friction material and clutch facing used in automobiles, railway vehicles, industrial machines, and the like, and more particularly to a friction adjusting material blended in the friction material.
自動車等に使用されるディスクブレーキやドラムブレーキなどのブレーキ、あるいはクラッチなどに使用される摩擦材は、摩擦作用を与え、かつその摩擦性能を調整する摩擦調整材、補強作用をする繊維基材、これらを一体化し強度を与える結合材等の材料からなっている。摩擦材は、その相手材と摩擦係合し、運動エネルギーを熱エネルギーに変える役割を担っているため、優れた耐熱性、耐摩耗性と、高い摩擦係数が必要とされる。
摩擦材の摩擦特性を調整する材料としては、無機系や有機系の摩擦調整材及び固体潤滑材があるが、1種類ではすべての要求を満足することが難しいため、通常2種類以上のものが組み合わされて使用されている。
摩擦調整材としては、例えば、アルミナやシリカ、マグネシア、ジルコニア、銅、アルミニウム、亜鉛等の無機系摩擦調整材や、ゴムダストやカシューダストなどの有機系摩擦調整材がある。
固体潤滑材としては、黒鉛(グラファイト)や二硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられ、相対運動する材料表面の損傷の防止や、摩擦・摩耗の低減のために、粉末又は薄膜で利用される。
Friction materials used for brakes such as disc brakes and drum brakes used in automobiles, etc., or clutches, friction adjusting materials that adjust the friction performance, and fiber base materials that reinforce, They are made of a material such as a binder that integrates them to give strength. Since the friction material frictionally engages with its counterpart material and plays a role of changing kinetic energy into heat energy, excellent heat resistance, wear resistance, and a high friction coefficient are required.
There are inorganic and organic friction modifiers and solid lubricants as materials for adjusting the friction characteristics of the friction material, but it is difficult to satisfy all the requirements with one type, so usually there are two or more types. Used in combination.
Examples of the friction modifier include inorganic friction modifiers such as alumina, silica, magnesia, zirconia, copper, aluminum, and zinc, and organic friction modifiers such as rubber dust and cashew dust.
Examples of solid lubricants include graphite, molybdenum disulfide, and polytetrafluoroethylene, which are used as powders or thin films to prevent damage to the surface of the relatively moving material and to reduce friction and wear. The
有機系摩擦調整材のひとつであるカシューダストは、カシューオイル(カシューナッツシェルリキッドと称することもある。)の重合物であり、摩擦係合時に溶融して摩擦材の表面に平滑な潤滑性被膜を形成し、それによって摩擦材の摩擦係数を向上すると共に安定化し、また、摩擦を少なくして摩擦材の寿命を長くする作用を有している。一方で、カシューダストは250〜300℃で熱分解し始めるため、フェード現象の一要因であると考えられている。 Cashew dust, one of the organic friction modifiers, is a polymer of cashew oil (sometimes called cashew nut shell liquid) and melts during friction engagement to form a smooth lubricating coating on the surface of the friction material. It has the effect of improving and stabilizing the friction coefficient of the friction material, thereby reducing the friction and extending the life of the friction material. On the other hand, cashew dust is considered to be one factor of the fade phenomenon because it begins to thermally decompose at 250 to 300 ° C.
特許文献1では、カシューダストの耐熱性の向上のために、ホウ素又はリン化合物で変性させる方法が開示されている。ホウ素又はリン化合物によるカシューダストの耐熱性の向上は、摩擦材のフェード特性の改良につながり、高負荷時であっても十分に高い摩擦係数を確保することができる。 In patent document 1, in order to improve the heat resistance of cashew dust, a method of modifying with a boron or phosphorus compound is disclosed. Improvement of heat resistance of cashew dust by boron or phosphorus compounds leads to improvement of the fade characteristics of the friction material, and a sufficiently high friction coefficient can be ensured even at high loads.
しかしながら、カシューダストの低い耐熱性は、特許文献1のようにホウ素やリン化合物で変性すれば改善される一方で、これらはフェノール性水酸基の保護によって耐熱性を向上しているために、その変性量は2〜10重量%の範囲に限られ、耐熱性の向上効果には限度があった。また、ホウ素は環境負荷物質であるために、ホウ素化合物の使用は、環境配慮の点でも制約が課されるなど、摩擦調整材として改善の余地があった。
従って、本発明の第一の課題は、カシューダストの耐熱性を向上させることにより、摩擦調整材を配合した摩擦材のフェード現象を抑制し、高温での耐摩耗性を向上させることを目的とするものである。
また、本発明の第二の課題は、上述の特性を備え、かつ環境に優しい摩擦調整材を配合した、上記の優れた性能を有する摩擦材の提供を目的とするものである。
However, the low heat resistance of cashew dust can be improved by modification with boron or a phosphorus compound as in Patent Document 1, while these have improved heat resistance by protecting the phenolic hydroxyl group. The amount was limited to the range of 2 to 10% by weight, and the effect of improving heat resistance was limited. In addition, since boron is an environmentally hazardous substance, the use of boron compounds has room for improvement as a friction modifier, for example, there are restrictions on environmental considerations.
Therefore, the first object of the present invention is to improve the heat resistance of cashew dust, thereby suppressing the fade phenomenon of the friction material containing the friction modifier and improving the wear resistance at high temperature. To do.
A second object of the present invention is to provide a friction material having the above-mentioned properties and having the above-mentioned excellent performance, which is blended with an environment-friendly friction modifier.
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意研鑽を積んだ結果、カシューオイルとポリカルボシランとを混合し、加熱硬化させることにより、高耐熱性を有する摩擦調整材を得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of earnest study to achieve the above object, the present inventor can obtain a friction modifier having high heat resistance by mixing and heat-curing cashew oil and polycarbosilane. The headline and the present invention were completed.
すなわち、本発明は、以下の(1)から(5)に関するものである。
(1) カシューオイルとケイ素含有ポリマーとを含む摩擦調整材であって、該カシューオイル、該ケイ素含有ポリマー、及び硬化剤の混合物を加熱硬化し、次いで粉砕して得られる、摩擦調整材。
(2) 前記ケイ素含有ポリマーがポリカルボシラン、ポリオルガノボロシラザン、ポリボロシロキサン、ポリカルボシラザン、パーヒドロポリシラザンからなる群より選択される1又は2以上の化合物である、前記(1)に記載の摩擦調整材。
(3) 前記ケイ素含有ポリマーを5〜30質量%含有する、前記(1)又は(2)に記載の摩擦調整材。
(4) 繊維基材、摩擦調整材及び結合材を含む摩擦材であって、該摩擦調整材として、前記(1)〜(3)のいずれか1つに記載の摩擦調整材を含有する摩擦材。
(5) カシューオイル、ケイ素含有ポリマー、及び硬化剤の混合物を加熱硬化し、次いで粉砕する工程を含む、摩擦調整材の製造方法。
That is, the present invention relates to the following (1) to (5).
(1) A friction modifier comprising a cashew oil and a silicon-containing polymer, the friction modifier being obtained by heat-curing and then pulverizing a mixture of the cashew oil, the silicon-containing polymer and a curing agent.
(2) The silicon-containing polymer according to (1), wherein the silicon-containing polymer is one or more compounds selected from the group consisting of polycarbosilane, polyorganoborosilazane, polyborosiloxane, polycarbosilazane, and perhydropolysilazane. Friction modifier.
(3) The friction modifier according to (1) or (2) above, containing 5 to 30% by mass of the silicon-containing polymer.
(4) A friction material including a fiber base material, a friction modifier, and a binder, and the friction containing the friction modifier according to any one of (1) to (3) as the friction modifier. Wood.
(5) A method for producing a friction modifier, comprising a step of heat-curing a mixture of cashew oil, a silicon-containing polymer, and a curing agent, and then pulverizing the mixture.
本発明の摩擦調製材は、カシューオイルとポリカルボシランと硬化剤の混合物を加熱硬化することで得られる、高耐熱性を有する摩擦調整材であり、該摩擦調整材を添加した摩擦材の、高温時におけるフェード現象や摩耗の増大を抑制することができる。 The friction preparation material of the present invention is a friction modifier having high heat resistance obtained by heat-curing a mixture of cashew oil, polycarbosilane and a curing agent, and the friction material to which the friction modifier is added, A fade phenomenon and an increase in wear at high temperatures can be suppressed.
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用するカシューオイルは、カルダノール、カルドール、メチルカルドール又はアナカルド酸を成分として含むカシューナッツシェルから抽出したオイル(リキッド)であり、主成分はカルダノールである。カルダノールはm−位に炭素数10〜30の直鎖又は分岐状の脂肪族炭化水素基を有するフェノール誘導体で、炭化水素基にはアルケニル、ジエン又はトリエンからなる不飽和結合を含む。
カシューオイルを本発明で使用する場合、モノマー(オイル)、オリゴマー、又は変性カシューオイルのいずれの形態で使用することも可能である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The cashew oil used in the present invention is an oil (liquid) extracted from a cashew nut shell containing cardanol, cardol, methyl cardol or anacardic acid as a component, and its main component is cardanol. Cardanol is a phenol derivative having a linear or branched aliphatic hydrocarbon group having 10 to 30 carbon atoms in the m-position, and the hydrocarbon group contains an unsaturated bond composed of alkenyl, diene or triene.
When cashew oil is used in the present invention, it can be used in any form of monomer (oil), oligomer, or modified cashew oil.
本発明の、カシューオイルに混合させる有機金属化合物は、ケイ素含有ポリマーが好ましい。具体的なケイ素含有ポリマーとしては、ポリカルボシラン、ポリオルガノボロシラザン、ポリボロシロキサン、ポリカルボシラザン、パーヒドロポリシラザン等の群からなる熱分解可能なポリマーを挙げることができる。
摩擦調整材中の、前記カシューオイルに対するケイ素含有ポリマーの配合割合は5〜30質量%が好ましく、より好ましくは10〜30質量%である。この範囲であれば、耐熱性、耐摩耗性を有する摩擦調整材を得ることができる。
The organometallic compound to be mixed with cashew oil of the present invention is preferably a silicon-containing polymer. Specific examples of the silicon-containing polymer include thermally decomposable polymers such as polycarbosilane, polyorganoborosilazane, polyborosiloxane, polycarbosilazane, and perhydropolysilazane.
The blending ratio of the silicon-containing polymer to the cashew oil in the friction modifier is preferably 5 to 30% by mass, and more preferably 10 to 30% by mass. If it is this range, the friction modifier which has heat resistance and abrasion resistance can be obtained.
価格及び入手のしやすさを考えると、本発明で使用するバインダー(結合材)としては、上記ケイ素含有ポリマーの中でポリカルボシランが好ましい。本発明で使用されるポリカルボシランの種類は特に限定されないが、例えば、下記一般式I、一般式II又は一般式IIIで表される繰返し単位を少なくとも30質量%以上含む有機ケイ素重合体である。 Considering the price and availability, polycarbosilane is preferable among the silicon-containing polymers as the binder (binder) used in the present invention. The type of polycarbosilane used in the present invention is not particularly limited. For example, it is an organosilicon polymer containing at least 30% by mass or more of a repeating unit represented by the following general formula I, general formula II or general formula III. .
(式中、R1は水素原子、アルキル基又は水酸基を示し、R2はアルキル基、フェニル基又はハロゲン原子を示し、nは整数を表す。R1とR2は同一でもよい。)
ポリカルボシランは単独重合体であってもよく、共重合体、ブロック体若しくはグラフト体又はこれらのブレンド体であってもよい。本発明における前記ポリカルボシランの数平均分子量は、通常、500〜10,000である。
(In the formula, R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group or a hydroxyl group, R 2 represents an alkyl group, a phenyl group or a halogen atom, and n represents an integer. R 1 and R 2 may be the same.)
The polycarbosilane may be a homopolymer, a copolymer, a block or a graft, or a blend thereof. The number average molecular weight of the polycarbosilane in the present invention is usually 500 to 10,000.
摩擦調整材の製造方法は、撹拌機を備えた反応槽にて、カシューオイル(オリゴマーも含む)とケイ素含有ポリマーと硬化剤を混合した後、加熱硬化させ、冷却、粉砕により、摩擦調整材を得ることができる。
より好ましくは、カシューオイル(オリゴマーも含む)とケイ素含有ポリマーを溶媒存在下で十分に撹拌して混合し、その後、硬化剤及び必要に応じて触媒を添加して、熱処理(架橋重合)により硬化させ、冷却、粉砕により、摩擦調整材を得ることができる。
さらに好ましくは、カシューオイル(オリゴマーも含む)とケイ素含有ポリマーを溶液状態で10〜30℃で1〜6時間、十分に撹拌して混合し、その後、硬化剤及び必要に応じて触媒と共に、5〜30分間攪拌、混合の後、10〜30℃で12〜36時間静置することでゲル化する。得られたゲル状混合物を150〜250℃で、1〜10時間熱処理(架橋重合)により硬化させ、冷却、粉砕により、摩擦調整材を得ることができる。
The friction modifier is manufactured by mixing cashew oil (including oligomers), a silicon-containing polymer and a curing agent in a reaction vessel equipped with a stirrer, and then heat-curing, cooling, and pulverizing the friction modifier. Can be obtained.
More preferably, cashew oil (including oligomers) and silicon-containing polymer are mixed with sufficient stirring in the presence of a solvent, and then cured by heat treatment (crosslinking polymerization) with the addition of a curing agent and a catalyst as necessary. The friction modifier can be obtained by cooling and grinding.
More preferably, cashew oil (including oligomers) and silicon-containing polymer are mixed in a solution state at 10-30 ° C. for 1-6 hours with sufficient stirring, and then, together with a curing agent and, if necessary, a catalyst. After stirring and mixing for 30 minutes, gelation is performed by allowing to stand at 10 to 30 ° C. for 12 to 36 hours. The obtained gel-like mixture is cured by heat treatment (crosslinking polymerization) at 150 to 250 ° C. for 1 to 10 hours, and a friction modifier can be obtained by cooling and pulverization.
ここで、粉砕された摩擦調整材の粒径は特に限定されるものではなく、摩擦材に要求される特性などに応じて当業者の裁量で定めることができるが、摩擦材原材料混合時の分散性の悪化を避けるため、10〜1000μmであることが好ましく、平均粒径を100〜500μm程度にすることが更に好ましい。平均粒径は、レーザー回折式粒度分布計により測定される値である。 Here, the particle size of the pulverized friction modifier is not particularly limited and can be determined at the discretion of a person skilled in the art according to characteristics required for the friction material. In order to avoid deterioration of the property, the thickness is preferably 10 to 1000 μm, more preferably about 100 to 500 μm. The average particle diameter is a value measured by a laser diffraction particle size distribution meter.
ポリマー状態であるカシューポリマーとケイ素含有ポリマーの粉末同士を混合する摩擦調整材の製造方法と比べると、上記摩擦調整材の製造方法は、カシューオイルとケイ素含有ポリマーを、溶媒を用いて均一に混合する点に特徴がある。よく混合した後、加熱硬化させると、分子レベルのまま、カシューダスト(カシューオイルの重縮合物)とケイ素含有ポリマーとがin situで均一に複合化された、摩擦調整材が得られるものと考えられる。また、カシューオイルとケイ素含有ポリマーの配合比を変えることにより、任意の硬さの摩擦調整材を得ることができる。
ポリカルボシランは、加熱によりセラミックス化し、加熱減量しなくなる性質を有している。そのため、カシューダスト中にポリカルボシランが仮に、分子レベルで均一に分散されていた場合、摩擦調整材におけるポリカルボシランの上記性質の効果が万遍なく発揮されると推定される。この摩擦調整材を摩擦材に添加すると、高温で発生するフェード現象を抑制し、耐摩耗性の向上効果が大きくなると考えられる。
Compared to the method of manufacturing a friction modifier that mixes powders of cashew polymer and silicon-containing polymer in a polymer state, the method of manufacturing the friction modifier described above is a uniform mixing of cashew oil and silicon-containing polymer using a solvent. There is a feature in the point to do. After thoroughly mixing and heat-curing, it is considered that a friction modifier can be obtained in which cashew dust (polycondensate of cashew oil) and silicon-containing polymer are uniformly combined in situ at the molecular level. It is done. Moreover, the friction modifier of arbitrary hardness can be obtained by changing the compounding ratio of cashew oil and a silicon-containing polymer.
Polycarbosilane has the property of being ceramicized by heating and not lose weight by heating. Therefore, if polycarbosilane is uniformly dispersed at the molecular level in cashew dust, it is presumed that the effects of the above-described properties of polycarbosilane in the friction modifier are exhibited evenly. When this friction modifier is added to the friction material, it is considered that the fade effect generated at high temperature is suppressed and the effect of improving the wear resistance is increased.
上記反応において反応溶媒は特に制限されないが、o−キシレン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、メチルセロソルブ、アセトニトリル、酢酸エチル若しくはトルエン、又はそれらの混合物を使用することができ、中でもo−キシレンが好ましい。
また、反応溶媒の使用量は適宜決定すればよい。
In the above reaction, the reaction solvent is not particularly limited, but o-xylene, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran, dioxane, methyl cellosolve, acetonitrile, ethyl acetate or toluene, or a mixture thereof can be used, and o-xylene is particularly preferable.
Moreover, what is necessary is just to determine the usage-amount of a reaction solvent suitably.
摩擦調整材の硬化剤としては、アルデヒド化合物、アミン化合物(例えば、ヘキサメチレンテトラミン等)、エポキシ化合物(例えば、エピクロルヒドリン等)等が挙げられるが、中でもアルデヒド化合物が好ましい。
アルデヒド化合物としては、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、トリオキサン、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ポリオキシメチレン、クロラール、グリオキザール、n−ブチルアルデヒド、カプロアルデヒド、アリルアルデヒド、クロトンアルデヒド、アクロレイン、テトラオキシメチレン、フルフラール、ベンズアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、o−トルアルデヒド、サリチルアルデヒド等が挙げられるが、中でもフルフラール、パラホルムアルデヒド等が好ましい。
Examples of the curing agent for the friction modifier include aldehyde compounds, amine compounds (for example, hexamethylenetetramine), and epoxy compounds (for example, epichlorohydrin), among which aldehyde compounds are preferable.
Examples of the aldehyde compound include formaldehyde, paraformaldehyde, trioxane, acetaldehyde, propionaldehyde, polyoxymethylene, chloral, glyoxal, n-butyraldehyde, caproaldehyde, allylaldehyde, crotonaldehyde, acrolein, tetraoxymethylene, furfural, benzaldehyde, Phenylacetaldehyde, o-tolualdehyde, salicylaldehyde and the like can be mentioned, among which furfural, paraformaldehyde and the like are preferable.
硬化剤の種類に応じて、適宜触媒の添加が必要であり、触媒としては、アミン系又は酸性の硬化触媒等が挙げられ、中でも酸性の硬化触媒が好ましい。酸性の硬化触媒としては、塩酸、硫酸、燐酸などの鉱物酸、それらのアルキルエステル、シュウ酸などの有機酸、パラトルエンスルホン酸、パラフェノールスルホン酸などを使用することができるが、中でも鉱物酸のアルキルエステルが好ましく、例えば、硫酸アルキルエステル、具体的には、ジメチル硫酸、ジエチル硫酸等が挙げられる。
硬化剤にフルフラールを用いる場合には、触媒としてジメチル硫酸を添加するのが特に好ましい。
Depending on the type of curing agent, it is necessary to add a catalyst as appropriate, and examples of the catalyst include amine-based or acidic curing catalysts, and acidic curing catalysts are preferred. As an acidic curing catalyst, mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and phosphoric acid, alkyl esters thereof, organic acids such as oxalic acid, paratoluenesulfonic acid, paraphenolsulfonic acid and the like can be used. The alkyl esters are preferably, for example, alkyl sulfates such as dimethyl sulfate and diethyl sulfate.
When furfural is used as the curing agent, it is particularly preferable to add dimethyl sulfate as a catalyst.
本発明の製造方法の具体的な態様としては、カシューオイルと、カシューオイルに対して5〜30質量%のポリカルボシランとを、o−キシレンを溶媒として混合させてから脱溶媒し、硬化剤であるフルフラールと触媒であるジメチル硫酸を添加後、加熱して重合反応を進め、硬化させた摩擦調整材である。
また、硬化剤をフルフラールの代わりにヘキサメチレンテトラミンを用いてもよい。この場合は触媒を添加する必要はなく、そのまま加熱硬化すればよい。
As a specific aspect of the production method of the present invention, cashew oil and 5 to 30% by mass of polycarbosilane based on cashew oil are mixed using o-xylene as a solvent, and then the solvent is removed, and a curing agent is used. After adding furfural as a catalyst and dimethylsulfuric acid as a catalyst, the friction modifier is cured by heating to advance the polymerization reaction.
Further, hexamethylenetetramine may be used as the curing agent instead of furfural. In this case, it is not necessary to add a catalyst, and the heat curing may be performed as it is.
本発明で得られた摩擦調整材は摩擦材の配合材として使用できる。摩擦材の配合に際しては、通常用いられる配合材が使用されるが、例えば、繊維基材;結合材;研削材、充填材、固体潤滑材等と呼ばれる摩擦調整材が挙げられる。
繊維基材としては、有機繊維、無機繊維、金属繊維が使用される。有機繊維としては、例えば芳香族ポリアミド(アラミド)繊維、耐炎性アクリル繊維が使用され、無機繊維としては、例えばチタン酸カリウム繊維やアルミナ繊維等のセラミック繊維、生体溶解性無機繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、ロックウール等が使用され、また、金属繊維としては、例えば銅繊維やスチール繊維が使用される。
The friction modifier obtained in the present invention can be used as a compounding material for a friction material. In blending the friction material, a commonly used blending material is used. Examples thereof include a fiber base material; a binding material; a friction adjusting material called an abrasive, a filler, a solid lubricant, and the like.
As the fiber base material, organic fiber, inorganic fiber, and metal fiber are used. Examples of organic fibers include aromatic polyamide (aramid) fibers and flame-resistant acrylic fibers. Examples of inorganic fibers include ceramic fibers such as potassium titanate fibers and alumina fibers, biosoluble inorganic fibers, glass fibers, and carbon fibers. Fibers, rock wool, and the like are used, and as the metal fibers, for example, copper fibers and steel fibers are used.
結合材としては、例えばフェノール樹脂(ストレートフェノール樹脂、ゴム等による各種変性フェノール樹脂を含む)、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂が使用される。
摩擦調整材としては、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、バーミキュライト、マイカ等の無機充填材、アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア、ケイ酸ジルコニウム、酸化クロム等の研削材、銅、アルミニウム、青銅、亜鉛等の金属粉末、各種ゴム粉末(ゴムダスト、タイヤ粉末等)、カシューダスト、メラミンダスト等の有機充填材、黒鉛(グラファイト)、二硫化モリブデン等の固体潤滑材が使用される。
これらの摩擦調整材と本発明の摩擦調整材を併用して配合することは何ら問題なく、その配合比率は当業者の裁量により決定することが出来る。
As the binder, for example, a thermosetting resin such as phenol resin (including various modified phenol resins such as straight phenol resin and rubber), melamine resin, epoxy resin, and polyimide resin is used.
As friction modifiers, inorganic fillers such as barium sulfate, calcium carbonate, calcium hydroxide, vermiculite, mica, abrasives such as alumina, silica, magnesia, zirconia, zirconium silicate, chromium oxide, copper, aluminum, bronze, Metal fillers such as zinc, various rubber powders (rubber dust, tire powder, etc.), organic fillers such as cashew dust and melamine dust, and solid lubricants such as graphite (graphite) and molybdenum disulfide are used.
These friction modifiers and the friction modifier of the present invention can be used in combination without any problem, and the mixing ratio can be determined at the discretion of those skilled in the art.
各種配合材の混合比率は、繊維基材が摩擦材全体の15〜55質量%、摩擦調整材が10〜60質量%、結合材が5〜35質量%とするのが好ましく、本発明の摩擦調整材は摩擦材全体の1〜15質量%が好ましい。
上記混合比率のうち、より好ましくは繊維基材が摩擦材全体の25〜45質量%、摩擦調整材が20〜50質量%、結合材が15〜25質量%であり、本発明の摩擦調整材は摩擦材全体の5〜15質量%がより好ましい。
The mixing ratio of the various compounding materials is preferably 15 to 55% by mass of the fiber base material based on the entire friction material, 10 to 60% by mass of the friction modifier, and 5 to 35% by mass of the binder. The adjusting material is preferably 1 to 15% by mass of the entire friction material.
Of the above mixing ratios, the fiber base material is more preferably 25 to 45% by mass of the friction material, 20 to 50% by mass of the friction modifier, and 15 to 25% by mass of the binder, and the friction modifier of the present invention. Is more preferably 5 to 15% by mass of the entire friction material.
摩擦材の製造は、周知の製造工程により行うことができ、例えば、予備成形、熱成形、加熱、研摩等の工程を経て摩擦材を作製することができる。
ディスクブレーキ用摩擦パッドの製造における一般的な工程を以下に示す。
(a)板金プレスによりプレッシャプレートを所定の形状に成形する工程、
(b)上記プレッシャプレートに脱脂処理及びプライマー処理を施す工程、
(c)有機繊維や無機繊維、金属繊維等の繊維基材と、摩擦調整材、本発明の摩擦調整材、及び結合材等の粉末原料とを配合し、撹拌により十分に均質化した原材料を、常温にて所定の圧力で成形して予備成形体を作製する工程、
(d)上記予備成形体と接着剤が塗布されたプレッシャプレートとを、所定の温度及び圧力を加えて両部材を一体に固着する熱成形工程、
(e)アフターキュアを行って、最終的に仕上げ処理を施す工程。
本願発明における摩擦材も、このような工程により製造することができる。
The friction material can be manufactured by a well-known manufacturing process. For example, the friction material can be manufactured through processes such as preforming, thermoforming, heating, and polishing.
The general steps in manufacturing a disc brake friction pad are as follows.
(A) forming a pressure plate into a predetermined shape by a sheet metal press;
(B) A step of subjecting the pressure plate to a degreasing treatment and a primer treatment,
(C) A raw material obtained by blending a fiber base material such as an organic fiber, an inorganic fiber, or a metal fiber and a powder raw material such as a friction modifier, a friction modifier of the present invention, and a binder, and sufficiently homogenizing by stirring. , A step of forming a preform by molding at a predetermined pressure at room temperature,
(D) a thermoforming process in which the preform and the pressure plate coated with an adhesive are fixed together by applying a predetermined temperature and pressure;
(E) A step of after-curing and finally finishing.
The friction material in the present invention can also be manufactured by such a process.
以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。
(摩擦調整材Aの調製)
2000mLのフラスコにカシューオイル500gとポリカルボシラン(宇部興産(株)製)25gを取り、o−キシレン500gと混合させた。この溶液を室温で1時間攪拌してカシューオイルとポリカルボシランをよく混合した後、170℃で10時間真空乾燥して溶媒であるo−キシレンを除き、カシューオイルとポリカルボシランの混合物を回収した。
次に、得られた混合物を硬化剤であるフルフラール160gと混合し、さらに触媒のジメチル硫酸13.5gを添加し、10分間攪拌による混合の後、バットにあけて室温で24時間静置することでゲル化した。
ゲル状混合物を、200℃のオーブン中で5時間加熱重合により硬化させ、冷却、粉砕過程を経ることにより、平均粒径が250μmの摩擦調整材Aを得た。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
(Preparation of friction modifier A)
In a 2000 mL flask, 500 g of cashew oil and 25 g of polycarbosilane (manufactured by Ube Industries, Ltd.) were taken and mixed with 500 g of o-xylene. The solution was stirred at room temperature for 1 hour, and the cashew oil and polycarbosilane were mixed well, then vacuum dried at 170 ° C. for 10 hours to remove the solvent o-xylene, and the mixture of cashew oil and polycarbosilane was recovered. did.
Next, the obtained mixture is mixed with 160 g of furfural as a curing agent, and further 13.5 g of dimethylsulfuric acid catalyst is added, mixed by stirring for 10 minutes, then placed in a vat and allowed to stand at room temperature for 24 hours. Gelled.
The gel-like mixture was cured by heat polymerization in an oven at 200 ° C. for 5 hours, followed by cooling and pulverization processes to obtain a friction modifier A having an average particle size of 250 μm.
(摩擦調整材Bの調製)
2000mLのフラスコにカシューオイル500gとポリカルボシラン50gを取り、o−キシレン500gと混合させた。この溶液を室温で1時間攪拌してカシューオイルとポリカルボシランをよく混合した後、170℃で10時間真空乾燥して溶媒であるo−キシレンを除き、カシューオイルとポリカルボシランの混合物を回収した。
次に、得られた混合物を硬化剤であるフルフラール160gと混合し、さらに触媒のジメチル硫酸13.5gを添加し、10分間攪拌による混合の後、バットにあけて室温で24時間静置することでゲル化した。
ゲル状混合物を、200℃のオーブン中で5時間加熱重合により硬化させ、冷却、粉砕過程を経ることにより、平均粒径が250μmの摩擦調整材Bを得た。
(Preparation of friction modifier B)
In a 2000 mL flask, 500 g of cashew oil and 50 g of polycarbosilane were taken and mixed with 500 g of o-xylene. The solution was stirred at room temperature for 1 hour, and the cashew oil and polycarbosilane were mixed well, then vacuum dried at 170 ° C. for 10 hours to remove the solvent o-xylene, and the mixture of cashew oil and polycarbosilane was recovered. did.
Next, the obtained mixture is mixed with 160 g of furfural as a curing agent, and further 13.5 g of dimethylsulfuric acid catalyst is added, mixed by stirring for 10 minutes, then placed in a vat and allowed to stand at room temperature for 24 hours. Gelled.
The gel-like mixture was cured by heat polymerization in an oven at 200 ° C. for 5 hours, followed by cooling and pulverization processes to obtain a friction modifier B having an average particle size of 250 μm.
(摩擦調整材Cの調製)
2000mLのフラスコにカシューオイル500gとポリカルボシラン150gを取り、o−キシレン500gと混合させた。この溶液を室温で1時間攪拌してカシューオイルとポリカルボシランをよく混合した後、170℃で10時間真空乾燥して溶媒であるo−キシレンを除き、カシューオイルとポリカルボシランの混合物を回収した。
次に、得られた混合物を硬化剤であるフルフラール160gと混合し、さらに触媒のジメチル硫酸13.5gを添加し、10分間攪拌による混合の後、バットにあけて室温で24時間静置することでゲル化した。
ゲル状混合物を、200℃のオーブン中で5時間加熱重合により硬化させ、冷却、粉砕過程を経ることにより、平均粒径が250μmの摩擦調整材Cを得た。
(Preparation of friction modifier C)
In a 2000 mL flask, 500 g of cashew oil and 150 g of polycarbosilane were taken and mixed with 500 g of o-xylene. The solution was stirred at room temperature for 1 hour, and the cashew oil and polycarbosilane were mixed well, then vacuum dried at 170 ° C. for 10 hours to remove the solvent o-xylene, and the mixture of cashew oil and polycarbosilane was recovered. did.
Next, the obtained mixture is mixed with 160 g of furfural as a curing agent, and further 13.5 g of dimethylsulfuric acid catalyst is added, mixed by stirring for 10 minutes, then placed in a vat and allowed to stand at room temperature for 24 hours. Gelled.
The gel-like mixture was cured by heat polymerization in an oven at 200 ° C. for 5 hours, followed by cooling and pulverization processes to obtain a friction modifier C having an average particle size of 250 μm.
(摩擦調整材Dの調製)
2000mLのフラスコにカシューオイル500gを取り、硬化剤であるフルフラール160gと触媒のジメチル硫酸13.5gと、10分間攪拌混合した。その後バットにあけ、室温で24時間静置することでゲル化した。
ゲル状混合物を、200℃のオーブン中で5時間加熱重合により硬化させ、冷却、粉砕過程を経ることにより、平均粒径が250μmの摩擦調整材Dを得た。
摩擦調整材A〜Dにおける、カシューオイルに対するポリカルボシランの配合比を表1に示す。
(Preparation of friction modifier D)
500 g of cashew oil was taken into a 2000 mL flask, and 160 g of furfural as a curing agent and 13.5 g of dimethyl sulfate as a catalyst were mixed with stirring for 10 minutes. Thereafter, the gel was formed by opening in a vat and allowing to stand at room temperature for 24 hours.
The gel-like mixture was cured by heat polymerization in an oven at 200 ° C. for 5 hours, followed by cooling and pulverization processes to obtain a friction modifier D having an average particle size of 250 μm.
Table 1 shows the blending ratio of polycarbosilane to cashew oil in the friction modifiers A to D.
(実施例1〜3及び比較例1)
(熱重量分析測定)
上記の方法により得られた摩擦調整材A〜Dの熱安定性試験は、セイコーインスツル(株)製の示差熱熱重量同時測定装置EXSTAR TG/DTA6300を用いて、熱重量分析(TGA)を行った。測定は、温度範囲30〜1000℃まで、昇温速度を10℃/分とした。300℃、400℃、500℃における熱重量減少量から、測定前の摩擦調整材の重量を基準として、各々の重量保持率(%)を求めた。結果を表2の摩擦調整材評価結果に示す。
(Examples 1 to 3 and Comparative Example 1)
(Thermogravimetric analysis)
The thermal stability test of the friction modifiers A to D obtained by the above method was performed by thermogravimetric analysis (TGA) using a differential thermothermal gravimetric simultaneous measurement apparatus EXSTAR TG / DTA6300 manufactured by Seiko Instruments Inc. went. The measurement was performed at a temperature rising rate of 10 ° C./min up to a temperature range of 30 to 1000 ° C. Each weight retention rate (%) was determined from the thermal weight loss at 300 ° C., 400 ° C., and 500 ° C. based on the weight of the friction modifier before measurement. The results are shown in the friction modifier evaluation results in Table 2.
(摩擦材の作製)
上記方法により得られた摩擦調整材A〜Dと各種配合材とを、表2の摩擦材配合に記載の割合でミキサーで混合した後、予備成形型に投入し、30MPaにて加圧して予備成形を行った。これらの操作は室温で行った。次いで、予備成形体と、予め接着剤を塗布したプレッシャプレートとを熱成形型にセットし、150℃、50MPaで5分間加熱加圧成形した。得られた熱成形体を250℃で3時間熱処理を行い、摩擦材A〜Dを得た。
(Production of friction material)
Friction modifiers A to D obtained by the above method and various compounding materials were mixed with a mixer at a ratio described in the friction material compounding in Table 2 and then charged into a pre-molding die and pressurized at 30 MPa to prepare. Molding was performed. These operations were performed at room temperature. Next, the preform and a pressure plate pre-applied with an adhesive were set in a thermoforming mold and subjected to heat and pressure molding at 150 ° C. and 50 MPa for 5 minutes. The obtained thermoformed body was heat-treated at 250 ° C. for 3 hours to obtain friction materials A to D.
(フェード試験)
上記方法により得られた摩擦材A〜Dから13mm×15mm×35mmの試験片を切出し、曙エンジニアリング(株)製フリクションアナライザー摩擦試験機を用いてJASO−C406−82に準拠して摩擦試験を行い、第1フェードの最小摩擦係数と摩擦材摩耗量を測定した。結果を表2の摩擦材評価結果に示す。
(Fade test)
A 13 mm × 15 mm × 35 mm test piece was cut out from the friction materials A to D obtained by the above method, and a friction test was performed using a friction analyzer friction tester manufactured by Sakai Engineering Co., Ltd. according to JASO-C406-82. The minimum friction coefficient and friction material wear amount of the first fade were measured. The results are shown in the friction material evaluation results in Table 2.
表2より、フェード現象が発生しやすいとされる400℃〜500℃において、ポリカルボシランを含まない摩擦調整材Dと比べて、摩擦調整材A〜Cの重量保持率は高いことが分かる。これより、カシューオイルとポリカルボシランとを、複合することによって、摩擦調整材の加熱減量が抑制され、耐熱性が向上することが分かる。
また、摩擦調整材A〜Cを配合した摩擦材において、第1フェード時の最小摩擦係数が向上し、摩擦材摩耗量が減少した。これは、摩擦調整材の耐熱性の向上に起因するものであると考えられる。
From Table 2, it can be seen that the weight retention of the friction modifiers A to C is higher than that of the friction modifier D that does not contain polycarbosilane at 400 ° C. to 500 ° C. at which the fading phenomenon is likely to occur. From this, it can be seen that by combining cashew oil and polycarbosilane, heat loss of the friction modifier is suppressed and heat resistance is improved.
Moreover, in the friction material which mix | blended friction modifiers A-C, the minimum friction coefficient at the time of a 1st fade improved and the friction material wear amount decreased. This is considered due to the improvement in heat resistance of the friction modifier.
本発明は、環境負荷物質を用いることなく、耐熱性が向上した摩擦調整材を提供するものである。この耐熱性の向上に伴い、摩擦調整材を含む摩擦材のフェード抑制及び摩耗量の改良効果が大きく認められる。
これらのことから、自動車、鉄道車両、各種産業機械等のディスクパッド、ブレーキライニング、クラッチフェーシング等に好適に用いることができる。
The present invention provides a friction modifier with improved heat resistance without using environmentally hazardous substances. Along with this improvement in heat resistance, the effect of suppressing fade and improving the amount of wear of the friction material including the friction modifier is greatly recognized.
For these reasons, it can be suitably used for disk pads, brake linings, clutch facings, etc. for automobiles, railway vehicles, and various industrial machines.
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